热度 10
0 序言
前些天,我发表了一篇日记,题目是《UT问题: 为什么单极性负方波电脉冲的两个边,可以激励晶片振动?》,发表几天后,没有热度;于是,我索性又发表了几篇,还是没有热度。最后,干脆全删除了。我不知道:类似的问题,究竟是很简单,还是太钻牛角,根本没必要讨论。
这篇短文,还是试探性的。
1 方波电压的正、负与晶片沿厚度方向位移量ΔL的正负
按纵波传播方向来分,晶片有前后两个横向表面,晶片的厚度为Lo,Lo也即为前后两个横向表面的在平衡位置时的距离。所谓逆压电效应,是说晶片在电压作用下,产生沿厚度方向上被压缩或拉伸的位移量----应变量ΔL。当方波电压U的数值为正时,前后两个横向表面受压应力,被压缩,按理论计算位移量ΔL为正值,前后两个横向表面之间的距离L变小,L=Lo-ΔL,; 当方波电压为负时,前后两个横向表面受拉应力,被拉伸,按理论计算位移量ΔL为负值,前后两个横向表面之间的距离L变大,L=Lo-ΔL(ΔL为负值,负负为正) 。
如果电压脉冲仅有负值,按近似方波规律变化,通常称为单极性负方波电脉冲(实质为单极性负梯形电脉冲)。
笔者注:当电压为负值时,晶片被拉伸长,这和晶片体积膨胀,是不同的概念。因为晶片在厚度方向被拉长时,它的横向也有相应缩短。
2 晶片表面质点的位移量ΔL的计算
2.1 理论公式
特压《超声检测》教材(2008版) 第99页给出了下列内容 :
压电应变常数d33
压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小:
d33=ΔL/U (单位 m/V)
式中: U------施加在压电晶片两面的电压;
ΔL----晶片在厚度方向的变形量。
笔者注:可惜,教材未明确ΔL有正负,或称有压缩和伸长。
变换上式,可得理论计算公式:
ΔL=d33 X U (1)
2.2 计算举例
1) 已知:
晶片材料: PZT-4多晶材料;
电脉冲高度:0至-400V。
2) 查表确定d33
查特压《超声检测》教材(2008版) 第101页表4--1,PZT-4多晶材料的
d33==289X10-12 m/V=0.289nm/V。
3) 按公式(1),计算ΔL
ΔL=d33XU=(0.289nm/V)X(-400V)= -115.6nm(晶片沿厚度方向被伸长了115.6nm)